2020年北京市普通高中学业水平考试模拟试卷(四)物理试题(附参考答案)

2020年北京市普通高中学业水平等级性考试
模拟试卷（四）
物 理
本试卷共8页，100分，考试时长90分钟。

考生务必将答案答在答题卡上，在试卷作答无效。

考试结束，请将本试卷和答题卡一并交回。

第一部分
本部分共14小题，每小题3分，共42分。

在每小题给出的四个选项中，只有一个选．．．．．项．
符合题目要求。

1．下列说法正确的是（ ）
A ．气体很容易充满整个容器，这是分子间存在斥力的宏观表现
B ．“油膜法”估测分子大小实验中，可将纯油酸直接滴入浅盘的水面上
C ．温度升高，分子热运动的平均动能一定增大，即所有分子的速率都增大
D ．摩尔质量为M （kg/mol ），密度ρ （kg/m 3）的1 m 3的铜所含原子数为A
N M
ρ（阿
伏伽德罗常数为N A ）
2.下列说法正确的是（ ）
A. 玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律
B. 原子核发生α衰变时，新核与α粒子的总质量等于原来的原子核的质量
C. 氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时氢原子的能量增加
D. 在原子核中，比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固
3. 如图1所示，自动卸货车静止在水平地面上，质量为m的货物放在车厢内挡板附近，车厢在液压机的作用下，θ角缓慢增大，当θ增大到一定角度时货物开始加速下滑，货物与车厢的动摩擦因数为μ，重力加速度为g。

若货物还未离开车厢，下列说法正确的是（）A．θ增大过程中，货物对车厢压力大小不变
B．θ增大过程中，货物的摩擦力大小等于μmg cos θ
图1
C．货物加速下滑时，货车受到地面向右的摩擦力
D．货物加速下滑时，地面对货车的支持力小于货车和货物重力之和
4. 2019年11月4日美国正式启动退出《巴黎气候变化协定》的程序，《巴黎协定》是人类历史上应对全球温室效应带来的气候变化的第三个里程碑式的国际法律文本。

为了减少二
氧化碳的排放，我国一直在大力发展新能源汽车，已知某型号的电动汽车主要技术参数如下：
根据电动汽车行业国家标准（GB/T18386-2017）、电机的最大功率为电机输出的最大机械功率：电池容量为电池充满电时储存的最大电能根据表中数据，可知（）
A. 0-100km/h的加速过程中电动车行驶的路程一定大于66m
B. 电机以最大功率工作且车以最大速度行驶时，车受到的阻力大小为5000N
C. 该车在0-50km/h 的加速过程中平均加速度为25m/s 2
D. 用输出电压为220V 的充电桩给电池快速充电时，充电电流为269A
5．如图2所示，从地面上同一位置P 点抛出两小球A 、B ，落在地面上同一点Q 点，但A 球运动的最高点比B 球的高。

空气阻力不计，在运动过程中，下列说法中正确的是（ ） A ．A 球的加速度比B 球的大 B ．A 球的飞行时间比B 球的长
C ．A 、B 两球在最高点的速度大小相等
D ．A 、B 两球落回Q 点时的机械能一定相同
6.如图3所示，O 点为简谐横波的波源。

振幅为5 cm 的波从O 点分
别沿
x 轴向正方向和负方向传播，Oa =3 m ，Ob =4 m ，Oc =6 m 。

t =0时，波源O 由平衡位置
开始竖直向下振动；t =6s 时，质点a 第一次到达最高点，同时质点c 刚好开始振动。

则下列说法中不正确的是（ ） A. 该波的波速为0.75 m/s
B. 0～10 s 内，质点b 走过的路程是0.3 m
C. 该波的周期为4 s
D. t =6 s 时质点b 经过平衡位置向上运动
7. 在“利用单摆测重力加速度”的实验中，以下做法中正确的是 ( ) A ．测量摆长的方法：用刻度尺量出从悬点到摆球间的细线的长
B ．测量周期时，从小球到达最大振幅位置开始计时，摆球完成50次全振动时，及时停表，然后求出完成一次全振动的时间
C ．要保证单摆自始至终在同一竖直面内摆动
D ．单摆振动时，应注意使它的偏角开始时小于15°
8．某一质检部门为检测一批矿泉水的质量，利用干涉原理测定矿泉水的折射率。

方法是将
图 2
图 3
待测矿泉水填充到特制容器中，放置在双缝与荧光屏之间(之前为空气)，如图4所示，特制容器未画出，通过比对填充后的干涉条纹间距x 2和填充前的干涉条纹间距x 1就可以计算出该矿泉水的折射率。

则下列说法正确的是(设空气的折射率为1)( ) A ．x 2＝x 1 B ．x 2>x 1
C ．该矿泉水的折射率为x 1
x 2
D ．该矿泉水的折射率为x 2
x 1
9.如图5所示，一根长为L 、横截面积为S 的金属棒，其材料的电阻率为ρ，棒内单位体积自由电子数为n ，电子的质量为m 、电荷量为e 。

在棒两端加上恒定的电压时，棒内产生电流，自由电子定向运动的平均速率为v ，则金属棒内的电场强度大小为( ) A.
mv 2
2eL
B.
mv 2Sn e
C ．ρnev D.
ρev SL
10.一带正电的粒子仅在电场力作用下从A 点经B 、C 运动到D 点，其“速度—时间”图象如图6所示。

分析图象后，下列说法正确的是（ ）
A ．A 处的电场强度大于C 处的电场强度
B ．B 、D 两点的电场强度和电势一定都为零
C ．粒子在A 处的电势能大于在C 处的电势能
D ．A 、C 两点间的电势差大于B 、D 两点间的电势差
11．在如图7所示的电路中，闭合开关S ，将滑动变阻器滑片P 缓慢向右移动，则( ) A ．灯泡L 变暗
图 4
图 5
图 6
B ．电源内部消耗的功率先变大后变小
C ．电容器C 上的电荷量增加
D ．流过R 1的电流方向由左向右
12. 如图8所示，水平放置的绝缘桌面上有一个金属圆环，圆心的正上方有一用轻质弹簧悬挂的条形磁铁。

现将磁铁托起到弹簧处于原长时放开，磁铁将沿竖直方向上下振动。

若磁铁在振动过程中始终没有接触桌面，则有( )
A ．磁铁上下振动时，金属圆环中将产生方向始终不变的感应电流
B ．当磁铁运动到最低点时，圆环中产生的感应电流最大
C ．在磁铁向下运动的过程中，圆环对桌面的压力大于圆环的重力
D ．当磁铁静止不动后，磁铁减少的重力势能全部转化为圆环中产生的电能
13. 2019年1月3日，
嫦娥四号成为了全人类第一个在月球背面成功实施软着陆的探测器。

为了减小凹凸不平的月面可能造成的不利影响，嫦娥四号釆取了近乎垂直的着陆方式。

已知：月球半径为R ，表面重力加速度大小为g ，引力常量为G ，下列说法正确的是 （ ） A ．为了减小与地面的撞击力，嫦娥四号着陆前的一小段时间内处于失重状态 B ．嫦娥四号着陆前近月环绕月球做圆周运动的过程中处于超重状态 C ．月球的密度为34πg
RG
ρ=
D ．嫦娥四号着陆前近月环绕月球做圆周运动的周期约为2πT Rg =
14. 如图9所示，带电粒子由静止开始，经电压为U 1的加速电场加速后，垂直电场方向进入电压为U 2的平行板电容器，经偏转落在下板的中间位置。

为使同样的带电粒子，从同样的初始位置由静止加速、偏转后能穿出平行板电容器，下列措施可行的是(粒子重力不计)( )
A ．保持U 2和平行板间距不变，减小U 1
B ．保持U 1和平行板间距不变，增大U 2
图 7
图 8
C ．保持U 1、U 2和下板位置不变，向下平移上板
D ．保持U 1、U 2和下板位置不变，向上平移上板
第二部分
本部分共6题，共58分。

15．(10分) 如图10所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。

（1）试验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。

但是，可以通过仅测量 （填选项前的序号），间接地解决这个问题。

A ．小球开始释放高度h B ．小球抛出点距地面得高度H C ．小球做平抛运动的射程
（2）图10中O 点是小球抛出点在地面上的垂直投影。

实验时，先让入射球m 1多次从斜轨上S 位置静止释放，找到其平均落地点的位置P ，测量平抛射程OP 。

然后，把被碰小球m 2静置于轨道的水平部分，再将入射球m 1从斜轨上S 位置静止释放，与小球m 2相碰，并多次重复。

接下来要完成的必要步骤是 。

（填选项前的符号） A ．用天平测量两个小球的质量m 1、m 2 B ．测量小球m 1开始释放高度h C ．测量抛出点距地面的高度H
D ．分别找到m 1、m 2相碰后平均落地点的位置M 、N
E ．测量平抛射程OM 、ON
（3）若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为_____________（用②中测量的量表示）；若碰撞是弹性碰撞。

那么还应满足的表达式为 （用②中测量的量表示）。

（4）经测定，m 1=45.0g ，m 2=7.5g ，小球落地点的平均位置距O 点的距离如图11所示。

碰撞前、后m 1的动量分别为p 1与p 1′，则p 1∶p 1′= ∶11；若碰撞结束时m 2的动量为p 2′，
图10
图11
图 9
则p 1′∶p 2′=11∶__ __。

实验结果说明，碰撞前、后总动量的比值'
+'211
p p p 为________。

（5）有同学认为，在上述实验中仅更换两个小球的材质，其它条件不变，可以使被撞小球做平抛运动的射程增大。

请你用④中已知的数据，分析和计算出被撞小球m 2平抛运动射程ON 的最大值为___ _cm 。

16．(8分) 同学们测量某电阻丝的电阻R x ，所用电流表的内阻与
R x 相当，电压表可视为理想电压表。

（1）若使用图12所示电路图进行实验，要使得R x 的测量值更接近真实值，电压表的a 端应连接到电路的 点（选填“b ”或“c ”）。

（2）测得电阻丝的U-I 图如图13所示，则R x 为 Ω（保留两位有效数字）。

（3）实验中，随电压进一步增加电阻丝逐渐进入炽热状态。

某同学发现对炽热电阻丝吹气，其阻值会变化。

他们对此现象进行探究，在控制电阻丝两端的电压为10V 的条件下，得到电阻丝的电阻R x 随风速v （用风速计测）的变化关系如图14所示。

由图可知当风速增加时，
R x 会 （选填“增大”或“减小”）。

当风速增加过程中，为保持电阻丝两端电压
为10V ，需要将滑动变阻器R W 的滑片向 端调节（选填“M ”或“N ”）。

④为了通过电压表的示数来显示风速，同学们设计了如图15所示的电路。

其中R 为两只阻值相同的电阻，R x 为两根相同的电阻丝，一根置于气流中，另一根不受气流影响，V 为待接入的理想电压表。

如果要求在测量中，风速从零开始增加，电压表的示数也从零开始增加，则电压表的“＋”端和“－”端应分别连接到电路中的 点和 点（在“a ”“b ”“c ”“d ”中选填）。

17．(8分)一定质量理想气体的p －V 图象如图16所示，其中a →b
图13
0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20
0.10
0.00 U /V
I /A
R x /Ω v /(m s -1) 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
4.30
4.35 4.40
4.45
4.50
图14 图15
V
a b R x R K
R
R x
+ 侧风 通道
d A V
a b c R x
R w
K
M
N
图12
为等容过程，b→c为等压过程，c→a为等温过程，已知气体在状态a时的温度T a＝300 K，在状态b时的体积V b＝22.4 L。

(1)求气体在状态c时的体积V c；
(2)试比较气体由状态b到状态c的过程从外界吸收的热量Q与对外做功W的大小关系，并简要说明理由。

图16
18.(8分) 一个小型水力发电站，发电机输出电压U0＝250 V，内电阻可以忽略不计，最大输出功率为P m＝30 kW，它通过总电阻为R线＝2 Ω的输电线直接向远处的居民区供电。

设居民区所有用电器都是额定电压为U＝220 V的白炽灯，总功率为P用＝22 kW，不计灯丝电阻随温度的变化。

(1)当居民区的电灯全部使用时，电灯两端的电压是多少？发电机实际输出的电功率为多大？
(2)若采用高压输电，在发电机端用升压变压器，在用户端用降压变压器，且不计变压器和用户线路的损耗。

已知用户端变压器的降压比为40∶1，当全部用户电灯正常发光时，输电线上损耗的功率为多大？
19.(12分)如图17所示，竖直平面内有一个半径为R＝0.8 m的固定光滑四分之一圆弧轨道PM，P为圆弧轨道的最高点。

圆弧轨道最底端M处平滑连接一长s＝4.8 m 的固定粗糙水平轨道MN，N端为一个竖直弹性挡板，质量分别为m A＝2 kg、m B＝1 kg的物块A、B静止于M点，它们中间夹有少量炸药，炸药突然爆炸，A恰好不能从P端滑出，B与挡板碰撞时没有能量损失。

A、B与水平轨道MN间的动摩擦因数为μ＝0.25，A、B均可视为质点，g取10 m/s2，问：
(1)A刚滑上圆弧轨道时对轨道的压力为多大？
(2)炸药爆炸时有多少化学能转化为A、B的机械能？
(3)适当改变PM的轨道半径，保持其他条件不变，使炸药爆炸后，A与B刚好能同时回到M处发生碰撞，碰撞后粘在一起，A、B最终停在水
平轨道上的位置距离M点多远？(结果保留2 位有
效数字)
图17
20．(12分) 如图18所示，x轴上方存在垂直纸面向外的匀强磁场，坐标原点处有一正离
子源，单位时间在xoy平面内发射
n个速率均为v的离子，分布在y轴两侧各为θ的范围
内。

在x轴上放置长度为L的离子收集板，其右端点距坐标原点的距离为2L。

当磁感应强
度
B时，沿y走正方向入射的离子，恰好打在收集板的右端点。

整个装置处于真空中，不0
计重力，不考虑离子间的碰撞，忽略离子间相互作用。

（1）求粒子的比荷
m
q ； （2）如果发射的离子被收集板全部收集，求θ的最大值；
（3）假设离子到达x 轴时沿x 轴均匀分布。

当037=θ，磁感应强度在003B B B ≤≤的区间取不同值时。

求单位时间内收集板收集到的离子数n 与磁感强度B 之间的关系。

（不
计粒子在磁
场中的运动时间）
参考答案
DADDB ACCCA DCCD
图 18
15．【答案】（1）C （2）ADE （3）OP m ON m OM m ⋅=⋅+⋅121 212221OP m ON m OM m ⋅=⋅+⋅； （4）14；2.9；1~1.01； （5）76.8
【解析】（1）由于本实验的碰撞是在同一高度，在空中运动时间相同，因而根据小球做平抛运动的射程就可知道碰撞后速度的大小之比，所以选C 。

（2）本实验必须用天平测量两个小球的质量m l 、m 2，分别找到m 1、m 2相碰后平均落地点的位置M 、N 和测量平抛射程OM ，ON ，故选ADE 。

（3）由于221
111v m v m v m '+'=，且v 1＝OM
t 、v 2＝ON t 、v ＝OP t
所以m 1·OM ＋m 2·OM ＝m 1·OP 。

若碰撞是弹性碰撞，动能守恒 22221
12112
1
2121v m v m v m '+'=
，所以212221OP m ON m OM m ⋅=⋅+⋅成立。

（4）由于
1114
203580441
1==='..OM OP p p ，9.21168.555.720.350.4521
21=⨯⨯==''ON m OM m p p ， 01.168
.555.720.354580
.440.45211211=⨯+⨯⨯=+='+'ON m OM m OP m p p p （5）发生弹性碰撞时，被碰小球获得的速度最大，被碰小球m 2平抛运动射程ON 的有最大
值。

根据动量守恒和动能守恒，221111v m v m v m '+'=， 2222112112
12121v m v m v m '+'=，
联立解得12
11
22v m m m v +='，因此，最大射程为
cm 80.76cm 80.445.745452=⨯+⨯。

16.
【答案】（1） c ；（2）4.1 （4.0～4.2）； （3）减小，M ； （4） b ，d
【解析】（1）电流表有较大内阻，选择电流表内接法会使电阻的测量值偏大，而电压表是理想电压表，故选择电流表外接法可以减小电阻的测量误差，故电压表的a 端应连接到电路的c 点。

（2）由部分电路欧姆定律I U R =知U-I 图像的斜率代表电阻，求得电阻Ω14195080...R x ≈=。

（3）由图4知，风速增大后，代表电阻的纵坐标数值在减小，R x 减小，导致总电阻减小，总电流增大，使得并联部分的电压减小，向M 端滑动可使并联部分的电压重新增大为10V 。

（4）当风速为零时，电压表的示数也为零，满足U cd =U cb ；而下端的R x 减小后，dc 间的电压减小，即d 点电势减小，有φd <φb ，故电压表的正接线柱接在b 点，负接线柱接在d 点。

17．
【答案】（1）67.2V(2) (2)气体由状态b 到状态c 为等压过程，气体内能ΔU 增大，由于
b →
c 气体对外做功，气体吸收热量Q 大于气体对外做的功W 。

【解析】 (1)设气体在状态b 时的体积为V b ，
a 到
b 为等容过程，根据气体定律得
a b
a b
P P T T =，解得T b ＝100 K b 到c 为等压过程，根据气体定律得
b c
b c
v v T T =，解得V c ＝67.2 L 。

(2)气体由状态b 到状态c 为等压过程，由气体定律可知，体积增大时温度升高，所以气体内能ΔU 增大，由于b →c 气体对外做功，W 为负值，气体吸热，Q 为正值，由热力学第一定律ΔU ＝Q ＋W 可知，气体吸收热量Q 大于气体对外做的功W 。

18.
【答案】(1)131 V 14 881 W (2)12.5 W
【解析】(1)由P ＝U 2R 知，居民区的总电阻为R 用＝U 2
P 用
＝2.2 Ω
所以当居民区的电灯全部使用时，电灯两端的电压是U 灯＝U 0
R 用＋R 线
R 用≈131 V
发电机实际输出的电功率为P 实＝
U 20
R 用＋R 线
≈14 881 W 。

(2)当全部用户的电灯正常发光时，用户变压器副线圈中的电流为I 2＝
P 用
U
＝100 A 由电流规律n 1I 1＝n 2I 2知，输电线上的电流为I 1＝1
40×100 A ＝2.5 A
所以输电线上损耗的功率为ΔP ＝I 2
1R 线＝12.5 W 。

19.
【答案】(1)60 N (2)48 J (3)0.36 m
【解析】(1)设A 刚滑上圆弧轨道的速度为 v A ，因为A 刚好滑到P 点，
由机械能守恒定律有：12
m A v 2
A ＝m A gR
①
设A 在M 点受到的支持力为F ，根据牛顿第二定律得：F －m A g ＝m A v 2A
R
②
联立①②式并代入数据，解得 F ＝60 N
③
由牛顿第三定律知，A 物块在M 点对轨道压力的大小为60 N 。

(2)设刚爆炸时B 物块的速度为v B ，由动量守恒定律有：m A v A －m B v B ＝0 ④
根据能量守恒定律知，炸药爆炸时转化为A 和B 的机械能为E ＝12m A v 2A ＋12m B v 2
B ⑤
联立①④⑤式并代入数据，解得：E ＝48 J 。

⑥
(3)设B 返回M 点时的速度为v 1，根据动能定理有：－2μm B gs ＝12m B v 21－
12
m B v 2
B ⑦
设A 、B 在M 点碰撞后共同速度为v ，根据动量守恒定律有：m A v A －m B v 1＝(m A ＋m B )v ⑧ 设A 、B 静止时离M 点距离为L ，由动能定理有：－μ(m A ＋m B )gL ＝0－12(m A ＋m B )v 2
⑨
联立①④⑦⑧⑨式并代入数据，解得L ＝0.36 m 。

20．
【答案】（1）
L
B 0v （2）3π
（3）006.1B B B ≤≤当 n=0n ；当 0026.1B B B ≤<
)25-
5n n 0
02B B
（= ；当0032B B B ≤< n 3=0。

【解析】（1）洛伦兹力提供向心力R
v m qvB 2
0=
圆周运动的半径L R =，得
=
m q
L
B v 0 (2)如解图1所示，以最大角m θ入射时，有R
x 2=∆L m =)cos -1θ（或L R m =θcos 2 解得3
π
θ=
m
（3）B>B 0,全部收集到离子时的最小半径为R 1,如解图2，有L R =0
137cos 2 得 01
16.1B qR mv
B ==
当006.1B B B <<时，有0n n =；
当06.1B B >时，恰好收集不到离子时的最小半径为R 2,有，L R 5.02=，得 022B B =
当0026.1B B B <<时，设 qB
mv R ='，有
)255()37cos 1('2'200
002B B
n n R L R n -=⋅--= 当0032B B B <<时，03=n 。